Mistério dos buracos negros pode estar próximo da solução após descoberta recente

A fusão de buracos negros supermassivos é um processo que acontece quando duas galáxias se colidem. Os núcleos galácticos que contêm esses objetos acabam interagindo gravitacionalmente. À medida que duas galáxias se fundem, os buracos negros centrais perdem energia orbital por meio de interações com estrelas e gás, formando um sistema binário. Com o tempo, esse sistema se torna cada vez mais compacto, aproximando os dois objetos até escalas chamadas de subparsec.

No entanto, entender esse processo é um desafio teórico conhecido como problema do parsec final. Modelos indicam que, após atingir separações da ordem de 1 parsec, o mecanismo de perda de energia por interações estelares se torna ineficiente. Nesse regime, o sistema binário poderia “estagnar”, impedindo que os buracos negros se aproximem o suficiente para que a emissão de ondas gravitacionais se torne dominante. Com isso, muitos pares de buracos negros supermassivos poderiam não completar sua fusão dentro da idade do Universo, mas não é isso que é observado.

Recentemente, uma observação inédita de um par de buracos negros supermassivos muito próximos pode oferecer novas pistas para resolver esse problema. Esse sistema fornece evidências de que mecanismos adicionais de dissipação de energia podem atuar de forma mais eficiente do que previsto. A detecção de um par em estágio avançado de colisão sugere que a transição para o regime dominado por ondas gravitacionais pode ocorrer de maneira natural. Caso confirmado, essa evidência poderá resolver um dos problemas mais conhecidos da Astrofísica.

Fusão de buracos negros

A fusão de buracos negros é um dos processos mais energéticos do Universo, ocorrendo quando dois objetos orbitam entre si até colidirem e formarem um único buraco negro. Durante esse processo, o sistema perde energia orbital principalmente por meio da emissão de ondas gravitacionais. A fase final da fusão é seguida por um estágio de relaxamento que tem uma marca nas ondas gravitacionais. Esse comportamento é observado por detecções diretas realizadas por observatórios como o LIGO.

As fusões de buracos negros estelares já foram detectadas em múltiplos eventos, fornecendo provas da existência e das propriedades desses sistemas binários. Em contraste, a fusão de buracos negros supermassivos ocorre em escalas muito maiores, geralmente associadas à colisão de galáxias. Esses eventos produzem ondas gravitacionais de baixa frequência, que ainda não são diretamente detectáveis pelos instrumentos atuais.

Problema do parsec final

Além disso, a fusão de buracos negros supermassivos tem um problema dentro da teoria chamado de o problema do parsec final. Esse problema diz que nos estágios iniciais, a perda de energia orbital ocorre de forma eficiente por meio de interações gravitacionais com estrelas e gás do ambiente. Esse processo reduz gradualmente a separação entre os dois objetos até escalas da ordem de 1 parsec. No entanto, ao atingir essa distância, a eficiência desses mecanismos diminui, pois há menos material disponível pra transportar momento angular.

Como consequência, o decaimento orbital pode desacelerar ou até estagnar. Esse cenário cria uma lacuna entre os estágios iniciais de aproximação e a fase final que é dominada por emissão de ondas gravitacionais. Isso sugere que muitos sistemas binários poderiam não evoluir até a fusão dentro da idade do Universo. Para resolver, diferentes mecanismos adicionais têm sido propostos, como a presença de gás denso ou interações com múltiplos corpos. A ausência de evidências de pares em estágios intermediários reforça essa incerteza.

Nova descoberta

Recentemente, essa história pode ter ganhado um novo capítulo após a detecção de um par de buracos negros supermassivos em estágio avançado de aproximação. Observações da galáxia Markarian 501 mostraram dois objetos massivos orbitando a distâncias pequenas. Utilizando dados de alta resolução em rádio coletados ao longo de 23 anos, pesquisadores identificaram a presença de dois jatos relativísticos. A análise temporal permitiu rastrear a evolução desses jatos, confirmando a dinâmica orbital do sistema.

Os jatos relativísticos distintos são evidências de que há dois buracos negros supermassivos nesse sistema. Com isso, essa é uma das primeiras evidências diretas de um par de buracos negros supermassivos prestes a se fundir. As observações indicam que os dois buracos negros supermassivos possuem um período de aproximadamente 121 dias. A proximidade implica uma rápida evolução orbital, com possibilidade de fusão em escalas de tempo da ordem de até 100 anos.

Por que é importante?

Essa observação de um par de buracos negros supermassivos em estágio final de fusão é importante para entender o problema do parsec final. Ela oferece uma possibilidade de entender como é o processo de emissão de ondas gravitacionais quando dois buracos negros supermassivos estão tão próximos. A confirmação observacional sugere que o decaimento orbital continua eficiente até separações muito pequenas. Dessa forma, a descoberta oferece evidências diretas de que a fusão completa desses sistemas é fisicamente possível.

Além disso, compreender a fusão de buracos negros supermassivos é essencial para explicar como esses objetos atingem massas tão grandes. Observações de sistemas em estágio avançado de fusão fornecem evidências desse mecanismo hierárquico. Isso também impacta a compreensão da evolução de galáxias, já que esses buracos negros estão ligados aos seus núcleos ativos. A detecção de pares próximos permite investigar como energia e momento são redistribuídos no ambiente galáctico.

Referência da notícia

Britzen et al. 2026 Detection of a second jet within the nuclear core of Mrk 501 MNRAS